Vad är Youngs modul?

Youngs modul är ett mått på hur svårt det är att komprimera ett material, till exempel stål. Det mäter tryck och beräknas vanligtvis i termer av pascaler (Pa). Det används oftast av fysiker för att bestämma belastning, en mätning av hur ett material reagerar på ett tryck, såsom att pressas eller sträckas.

Interatomiska krafter eller krafterna som håller ett material tillsammans är starkt förknippade med en förståelse av Youngs modul. Atomerna i ett fast ämne utövar både avvisande eller negativa och attraktiva eller positiva krafter på varandra. Atomerna skapar bara en balans när de är perfekt åtskilda. Till exempel, om atomerna skjuts för nära varandra eller om de är separerade för långt ifrån varandra, kommer atomerna inte längre i perfekt balans. När de inte längre är i balans kommer de att motsätta sig de åtgärder som tillämpas på dem.

De styvare interatomiska krafter är, desto större blir Youngs modulvärde, och desto mer kommer materialet att motsätta sig handlingen. Till exempel, om de interatomiska krafterna är styva, kommer Youngs modul att vara stor, och materialet kommer inte att krympa lika mycket när det pressas.

När man studerar fysik av stål måste en forskare först komma ihåg att stål främst består av järnatomer. Följaktligen är Youngs stålmodul ungefär densamma som Youngs järnmodul. Eftersom Young's järnmodul är 195.000.000.000 Pa eller 195 gigapascals (GPa), ansågs den vara mycket stor och mycket svår att komprimera.

Att förstå att stål är extremt svårt att komprimera är viktigt i vardagen. Till exempel kan den användas för att konstruera byggnader och inte bli komprimerad, vilket förstör byggnadsstrukturens integritet. En kub av stål som bara är 1 meter bredd, höjd och djup skulle bara komprimera ungefär en mikron samtidigt som den stöder vikten på en skolbuss på grund av mängden tryck den tål. Som jämförelse har en kub som består av samma dimensioner och är tillverkad av bly ett lägre värde för Youngs modul. Ledkuben komprimerade 14 gånger mer än stålkuben.

Youngs modul kan också användas för att beräkna spänningar, där atomerna dras isär istället för att pressas samman. I dessa fall är belastningen negativ eftersom atomerna sträckes istället för komprimering. Det huvudsakliga begreppet som bör förstås är att det i båda fallen är att styvheten hos krafterna mellan atomerna som mäts - oavsett om de komprimeras eller sträcks. Följaktligen förändras inte det beräknade trycket för Youngs modul för någon typ av mätning.